RU223751U1 - Распылительная сушилка - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к пищевой, химической, микробиологической и другим отраслям промышленности, в частности к технике для сушки жидких продуктов, и может быть использована при производстве сухих дисперсных материалов. Распылительной сушилки содержит сушильную камеру с цилиндрическим корпусом и коническим днищем с узлом выгрузки готового продукта, распылительное устройство, расположенное в верхней части цилиндрического корпуса перпендикулярно его оси симметрии, тангенциально расположенный относительно цилиндрического корпуса патрубок ввода сушильного агента и жестко соединенный с коническим днищем сушильной камеры циклон для отделения мелких частиц высушиваемого продукта от парогазовой смеси. Технический результат заключается в уменьшении габаритов распылительной сушилки при одновременном повышении производительности сушилки. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Полезная модель относится к пищевой, химической, микробиологической и другим отраслям промышленности, в частности к технике для сушки жидких продуктов, и может быть использована при производстве сухих дисперсных материалов.

Из уровня техники известны различные виды распылительных сушилок, применяемых в указанных областях.

Так, из описания к патенту CN 208003470 (дата публикации 26.10.2018), выполненная в виде цилиндрического корпуса с коническим днищем, распылительной форсункой, расположенной по оси симметрии в верхней части, при этом по оси башни расположена труба для отвода газового потока.

Известная конструкция имеет следующие недостатки:

поскольку нагрев воздуха происходит только в части вводной трубы, воздух не успевает нагреться до высоких температур, что приводит к очень ограниченному использованию данного аппарата как в плане производительности, так и в конечной влажности продуктов;

за счет использования нескольких распылителей, установленных на конце вводной трубы, часть высушиваемого продукта будет попадать на стенки башни и не успевать высушиться в потоке горячего воздуха, что при увеличении объема его подачи приводит также к небольшой производительности.

Кроме этого, известна распылительная сушилка, выполненная в виде цилиндрического корпуса с коническим днищем, распылительной форсункой, расположенной по оси симметрии в верхней части, тангенциальным подводом сушильного агента, при этом выход сушильной башни соединен с циклоном для отделения твердых частиц более мелкой фракции (патент RU 216695, дата публикации 21.02.2023).

Данная сушилка принята в качестве наиболее близкого аналога к патентуемой.

Недостатками известной конструкции сушилки являются сложность конструкции и способа эксплуатации, поскольку необходим точный контроль за параметрами, поскольку наличие внутренних элементов в корпусе башни сильно ограничивает ее использование, т.к. продукт в таком случае должен распыляться по конусу с малым углом раскрытия, при этом длина конуса распыла достаточно большая, и продукт, чтобы высушиться, должен пройти расстояние, как минимум равное устойчивому распылу. Соответственно, чтобы повысить качество испарения, нужно равномерно подавать сушильный агент через патрубок, а это крайне затруднительно с энергетической точки зрения.

Кроме этого, подача высушиваемого продукта сверху вниз относительного ввода горячего воздуха будет приводить к частому засорению форсунок и, соответственно, частому останову сушилки для ее ремонта.

К тому же здесь используется метод прямоточной модели сушки в комбинации с боковым вводом, при этом вихревой поток высушиваемого продукта с горячим воздухом будет представлять параболу. Недостаток этого метода связан с увеличенным габаритом башни и повышенной влажности конечного продукта.

Ввод горячего воздуха через тангенциально расположенный патрубок происходит почти вдоль всей цилиндрической поверхности башни, что приводит к снижению концентрации потока и неравномерному высушиванию продукта.

Технической проблемой заявленной полезной модели является устранение недостатков выбранной в качестве наиболее близкого аналога сушилки.

Технический результат заключается в упрощении сушки и уменьшении габаритов распылительной сушилки при одновременном повышении производительности сушилки.

Заявленный технический результат достигается за счет конструкции распылительной сушилки, содержащей сушильную камеру с цилиндрическим корпусом и коническим днищем с узлом выгрузки готового продукта, распылительное устройство, расположенное в верхней части цилиндрического корпуса перпендикулярно его оси симметрии, тангенциально расположенный относительно цилиндрического корпуса патрубок ввода сушильного агента и жестко соединенный с коническим днищем сушильной камеры циклон для отделения мелких частиц высушиваемого продукта от парогазовой смеси.

Согласно полезной модели, по центру сушильной камеры расположена труба, выход которой соединен со входом циклона для отделения мелких частиц высушиваемого продукта от парогазовой смеси, при этом патрубок ввода сушильного агента расположен в одной плоскости с распылителем с возможностью формирования в этой плоскости устойчивого распыления диаметром равным 0,7-0,9 от внутреннего диаметра цилиндрического корпуса.

Таким образом, благодаря подаче высушиваемого продукта перпендикулярно оси башни и обеспечению подачи сушильного агента тангенциально, непосредственно в зоне распыла продукта, приводит к интенсификации процесса сушки, при этом распространение сушильного агента осуществляется тангенциально подаче высушиваемого продукта и идет вдоль стенки цилиндрической части сушильной камеры, создавая вихревой поток, тем самым, под действием центробежной силы капли продукта перемещаются к внешней стороне вихря и двигаются вниз по спирали, что приводит к увеличению плотности потока из-за более концентрированной подачи и, соответственно, к увеличению производительности и одновременному уменьшению габаритов сушилки.

В частности, в качестве распылительного устройства могут использоваться или набор форсунок, каждая из которых подключена к адаптеру с питающей трубкой, к которой приварен фланец для крепления во внутрь крышки цилиндрического корпуса, или распылительный диск, количество и размеры которых зависят от производительности сушилки и подбираются из условия формирования устойчивого распыления в горизонтальной плоскости, в которой расположен распылители и патрубок ввода сушильного агента, таким образом, чтобы формировать диаметр распыления в данной плоскости 0,7-0,9 от внутреннего диаметра сушильной камеры.

Подбор диаметра и производительности диска

Например, если производительность распылительной сушилки по загружаемому продукту составляет 8-50 л/ч, то диаметр диска подбирается равным 102 мм. Такой диск обеспечивает размер устойчивого распыления в горизонтальной плоскости 700-750 мм, что соответствует размерам цилиндрического корпуса не более 800 мм. Оптимальное расстояние от факела устойчивого распыла до стенки цилиндрического корпуса должно составлять не менее 50 мм.

Если размер диска будет меньше, то распыленный продукт не будет успевать долететь до сухого агента и будет оседать к цилиндрическом корпуса невысушенным. Если размер диска будет больше, то распыленный продукт будет пробивать поток горячего воздуха, не успевая высушиться, и оседать, накапливаясь, на стенках цилиндрического корпуса.

Подбор размера форсунок и цилиндрического корпуса

Размер проходного сечения для форсунок высокого давления подбирается в зависимости от производительности распылительной сушилки по загружаемому продукту. В нашем случае производительность составляет 8-50 л/ч, что соответствует диаметру проходного сечения одной форсунки 0,4…0,5 мм, производительности до 20 л/ч, углу распыления 90° и диаметру устойчивого распыления в вертикальной плоскости приблизительно 341 мм. При таких параметрах количество форсунок составляет 4-6 шт. Такие параметры форсунок соответствуют размерам цилиндрического корпуса не более 800 мм. Оптимальное расстояние от оси крепления форсунок в адаптере до стенки цилиндрического корпуса должно составлять не менее 50 мм по факелу устойчивого распыла.

Расчет габаритов

Согласно проведенным расчетам для прямоточной распылительной сушилки при высоте башни 2950 мм (H=2950 мм) и диаметре 1470 мм (D=1470 мм) длина пути частицы примерно составляет 3080 мм (L=3080 мм). Расход сушильного агента при таких параметрах составляет от 600 до 1200 м³/ч, производительность распылительной сушилки по загружаемому продукту составляет 8-50 л/ч, производительность по испаряемой влаги – 5-25 л/ч. Чтобы уменьшить габариты сушильной башни для спирального (вихревого) потока относительно прямоточного (параболического), необходимо обеспечить в сушилке такую же длину траектории движения продукта, т.е. < 3080 мм.

Предпочтительно, отношение высоты цилиндрической части башни к ее диаметру (800 мм) выбирается из диапазона значений от 0,8 до 2 в зависимости от типа распылительного устройства. В нашем случае эмпирически было получено среднее значение отношения высоты башни к ее диаметру, приблизительно равное 1,65, так как продукт может распыляться как при помощи диска, так и при помощи форсунок. Высота башни определяется как произведение отношение высоты башни к ее диаметру (1,65) и диаметру цилиндрической части башни (795 мм.), что составляет приблизительно 1 312 мм.

Произведем расчет максимальной длины траектории полета частиц при полученных габаритах цилиндрической части сушильной башни (H = 1312 мм, D = 795 мм).

Для этого сначала определим длину одного витка полета частицы (Lv):

где h – средняя высота витка, определяется путем программного моделирования полета частиц и составила 660 мм;

d – средний диаметр витка, определяется исходя из размеров цилиндрической части башни и плотного воздушного потока и составила 785 мм.

Количество витков, которое должна пройти частица в цилиндрической части для обеспечения траектории движения продукта < 3080 мм составило приблизительно 1,5 оборота. Следовательно, максимальная длина траектории полета частиц = 1,5⋅2553 = 3829 (мм), что больше 3080 (мм) - длины пути прямоточной сушилки (параболический поток)). Исходя из этих проведенных расчетов, доказано, что для обеспечения максимальной длины траектории полета частиц более 3080 мм за счет вихревого потока габариты цилиндрической части сушильной башни составляют (H = 1312 мм, D = 795 мм), что значительно меньше габаритов прямоточной распылительной сушилки.

В частности, нижняя часть конического днища может быть заглушена электрозатвором, который закрыт во время процесса сушки. Это нужно для дополнительного высушивания продукта (вторая ступень сушки), позволяет понизить влажность продукта на 3…7% и зависит от времени нахождения (контролируется временем открытия задвижки).

При этом соотношение высоты конического днища определяется из соотношения высоты цилиндрической части к ее диаметру и составляет 1÷2. Точное соотношение определяется при детальном расчете в зависимости от распыляемого продукта.

Далее решение поясняется ссылкой на фигуру, на которой изображена сушильная башня и распределение потоков.

Сушильная башня содержит цилиндрический корпус 1 и коническое днище 2. Соосно сушильной башне проходит труба 3, выход которой расположен в коническом днище 2 и жестко соединен с тангенциальным входом циклона 4. Верхняя часть трубы 3 является открытой и находится ниже распылителя продукта 6 (форсунки или распылительный диск). По центру верхней части цилиндрического корпуса расположены распылители 6. При этом корпус 1, коническое днище 2 и труба 3 соединены посредством сварки. Распылительный диск устанавливается в специальный съемный крепеж и болтовым соединением крепится на крышке сушильной башни. Форсунки аналогично крепятся на съемном крепеже фланцевого типа и устанавливаются на крышке.

Работает распылительная сушилка следующим образом.

Распыленный продукт через распылитель 6 подается в верхнюю часть цилиндрического корпуса. Одновременно через тангенциально расположенный патрубок 5 подается предварительно нагретый сушильный агент (горячий воздух). Образовавшийся в начале цилиндрического корпуса вихревой поток далее двигается по спирали вдоль всей высоты стенки башни, тем самым увеличивается время воздействия сушильного агента на высушиваемый продукт. В тот момент, когда поток воздуха, пара и продукта достигает конического днища 2, их скорости снижаются настолько, что направляющий вихрь, который был в цилиндре, прекращает свое существование. Сухой продукт под действием силы тяжести опускается на дно конуса, а парогазовая смесь через открытый конец трубы 3 уходит в циклон 4, в котором оседают мелкодисперсные остатки продукта, а очищенный воздух выводится в атмосферу или непосредственно или через рукавный фильтр или скруббер - зависит от продукта и качества очистки циклоном. Нижняя часть сушилки заглушена электрозатвором 7, и готовый продукт периодически выгружается. Так как парогазовая смесь намного легче продукта, соответственно, за счет центробежной силы и силы тяжести они в большей степени не пересекаются.

Примеры осуществления использования заявленной конструкции сушилки.

Пример №1.

Осуществляли сушку белковой смеси с содержанием сухих веществ 10% в сушилке. Объем высушиваемой смеси составил 40 л. В качестве распылительного устройства использовали форсунки в количестве 6 штук. В качестве сушильного агента использовали предварительно разогретый до температуры 190 °С воздух.

В результате осуществления сушки в заявленной конструкции сушилки выход готового продукта составил 3,8 кг с остаточной влажностью 3,5…5%.

При осуществлении сушки в сушилке, выбранной в качестве наиболее близкого аналога, имеющей такие же габариты, выход продукта составил 4,2 кг с влажностью 7 %.

Пример №2.

Осуществляли сушку кормовых дрожжей с содержанием сухих веществ 20% в сушилке диаметром 800 мм и высотой 1320 мм. Объем высушиваемой смеси составил 40 л. В качестве распылительного устройства использовали распылительный диск диаметром 102 мм, в качестве сушильного агента - предварительно разогретый до температуры 190 °С воздух.

В результате осуществления сушки в заявленной конструкции сушилки выход готового продукта составил 8,3 кг с остаточной влажность 3,5%.

Для сравнения использовали известную из наиболее близкого аналога распылительную сушилку с распылительным диском при высоте башни 4500 мм и диаметре 2400 мм для сушки кормовых дрожжей с содержанием 20% сухих веществ (40 л), в качестве сушильного агента использовали воздух с температурой 220 °С. Выход продукта составил 9 кг, остаточная влажность 11%.

Как видно из вышеприведенного описания патентуемой конструкции распылительной сушилки, за счет того, что вихревой поток воздуха направлен тангенциально подачи продукта, позволяет сразу повысить эффективность четырех процессов:

1. Продукт попадает в плотную зону воздушного потока, что позволяет максимально повысить КПД установки за счет эффективного взаимодействия сушильного агента с продуктом;

2. За счет создаваемого вихря сушильная башня работает как циклон и порошок, за счет большей массы, двигаясь вдоль стенки, попадает в бункер дозревания почти без потерь.

3. Объема сушильной башни достаточно для высушивания, т.к. за счет создаваемого вихря, частица, двигаясь по спирали, проходит в плотной газовой смеси большее расстояние, чем в аналогичных установках.

4. Уменьшение габаритных размеров распылительной сушилки.

Claims (4)

1. Распылительная сушилка, содержащая сушильную камеру с цилиндрическим корпусом и коническим днищем с узлом выгрузки готового продукта, распылительное устройство, расположенное в верхней части цилиндрического корпуса перпендикулярно его оси симметрии, тангенциально расположенный относительно цилиндрического корпуса патрубок ввода сушильного агента и жестко соединенный с коническим днищем сушильной камеры циклон для отделения мелких частиц высушиваемого продукта от парогазовой смеси, отличающаяся тем, что по центру сушильной камеры расположена труба, выход которой соединен со входом циклона для отделения мелких частиц высушиваемого продукта от парогазовой смеси, при этом патрубок ввода сушильного агента расположен в одной плоскости с распылителем с возможностью формирования в этой плоскости устойчивого распыления диаметром, равным 0,7-0,9 от внутреннего диаметра цилиндрического корпуса.

2. Распылительная сушилка по п.1, отличающаяся тем, что распылительное устройство представляет собой набор форсунок или распылительный диск.

3. Распылительная сушилка по п.1, отличающаяся тем, что соотношение высоты конического днища определяется из соотношения высоты цилиндрической части к ее диаметру и составляет 1÷2.

4. Распылительная сушилка по п.1, отличающаяся тем, что нижняя часть конического днища заглушена электрозатвором.